替代燃料技術路徑分析

替代燃料技術路徑評估：經濟性、可得性、環保性（減碳效果）、安全性四大要素 分析框架。

1.經濟性：箱位損失、燃料成本決定經濟性，LNG 與甲醇優勢凸顯

將船舶的經濟效益拆解為運營收入、建造成本與運營成本。替代燃料船與常規燃料 船由于航速、所用燃料價格與特性、建造能力與基礎設施等差異，會在收入端與成 本端均產生一定經濟性差異。根據論文《綠色低碳燃料船舶總擁有成本分析》中的 模型考慮影響因素。將建造成本分成主動力、輔助動力、燃料儲罐、船身及其他零 部件。運營成本由燃料費用、維修成本、箱位損失、人員工資、保險費及其他構成。

在成本端，燃料費用是造成成本端差異的最關鍵因素。以航行于亞歐航線的 15000TEU集裝箱船為例，其全生命周期（25年）的運營成本占總擁有成本的90% 左右，而建造成本僅占一成，因此船舶經濟性與運營成本的關聯性更強。而在運營 成本中，燃料費用占比超過九成，因此可認為燃料費用對成本端影響最大。

甲醇與LNG能夠達到與船用輕柴油相當的單位能量價格，液氫燃料與生物柴油極大 受限于其價格。盡管一噸甲醇的價格僅為一噸船用輕柴油的一半，但由于其重量能 量密度低，在提供相同能量的情況下，甲醇的經濟性與船用輕柴油不相上下。LNG 則是由于其能量密度高，因此盡管每噸成本略高于船用輕柴油，但單位能量價格卻 更低。液氫與生物柴油的價格遠遠高于其他替代能源，在經濟性上不具備競爭力。 液氨由于技術尚不成熟，當前的單位能量成本也較高，暫不適合商用。 電動船舶（磷酸鐵鋰電池）是最便宜的動力，但短時間內無法大規模用于海運。電 動船泊的單位能量價格無法與其他燃料以相同的方式計算，但根據高工產研鋰電研 究所測算船舶每百公里運行成本，電動船舶為僅為2800元，低于柴油動力船舶的 4100元與LNG燃料船舶的3700元。不過受限于電池能量密度過低，續航能力差，短 時間內無法適應長距離的遠洋海運。

在收入端，替代燃料產生的經濟性差異主要來自箱位損失。尤其對于集裝箱船來說， 燃料占用的空間增加，會導致該船單程載貨箱數下降，而燃料重量增加，會導致載 貨重量下降，從而使收益下降。二者相比，載貨空間造成的經濟損失更為嚴重。假 設不同燃料船的航速與運價水平相同，那么對不同替代燃料船而言，收入端產生差 異的唯一影響因素就是箱位損失。同樣以航行于亞歐航線的15000TEU集裝箱船為 例，氨氫燃料船相比于柴油燃料船，其全生命周期的箱位損失可達7.1億元。如果選 擇體積能量密度更低的燃料，如氫、氨等，箱位損失將等比增加。 可替代燃料中LNG與生物柴油的箱位損耗是最低的。暫時還沒有替代燃料能夠在體 積能量密度與重量能量密度上均達到與常規燃料相當的水平。液氫處于最劣勢，將 產生近六倍于LNG的箱位損耗。電池的體積能量密度甚至遠低于液氫，其箱位損失 無法測算。這也說明液氫與電池幾乎無法靠簡單增大燃料倉的方法使船舶續航達到 遠洋海運的標準。

整體來說，在可用于遠洋海運的燃料中，甲醇與LNG是當前經濟性最高的可替代燃 料選擇。根據燃料價格與箱位損失在總運營成本中近9：1的占比，因此認為經濟性 與燃料價格的關聯性更強，綜合考慮下，LNG暫時比甲醇具有更強的經濟性。

價格穩定性或為船東選擇燃料的隱形考慮因素。除了燃料的絕對價格，價格的波動 程度也深度影響船東的使船東運營成本波動，燃料成本的相對穩定對于成本預測與 管控至關重要。柴油價格與LNG價格整體變動趨勢趨同，自2021年開始產生較大波 動。LNG的波動要比柴油更加劇烈。而相比之下，甲醇價格五年來幾乎保持穩定， 這或許是碳排放標準之外，船東在LNG船舶技術成熟后積極試點甲醇燃料船的另一 重要原因。

2.環保性：LNG 潛力有限，甲醇與氨可應對更高減排標準

LNG與生物柴油的環保潛力達到瓶頸，在中長期選擇中不具有優勢。盡管在完全可 再生生產的情況下，替代燃料的減碳效果都能達到95%以上，但該情景尚無法實現， 預計到2050年，綠色LNG和生物柴油的減碳效果較2020年將不會再有大的提升。

在可用于遠洋航運的燃料中，氨與甲醇的減碳潛力最大，優劣性取決于未來二十年 間的技術突破。在完全產自可再生能源的情況下，所有替代燃料的減排效果都有望 達到近100%，但短期內該場景無法實現。預計到2050年，僅氨、氫、甲醇有實現 九成以上的碳減排效果的潛力，但氫燃料受制于續航問題，短期內無法大規模應用。 對于氨和甲醇來說，受制于技術水平，未來碳捕集技術（藍氨）對于減碳效果的提 升有限，只有依靠可再生電解技術（綠氨、綠甲醇）的成熟，才可能使氨和甲醇燃 料的最佳減碳效果達到90%以上。預計能夠率先實現大規模低成本生產的綠色燃料 將具備一定市場優勢。

分析其他污染物排放的情況，替代燃料普遍優于常規燃料，幾乎可以實現顆粒物與 硫氧化物的零排放。其他污染物排放主要考慮氮氧化物、顆粒物與硫氧化物。替代 燃料在三種污染物排放上均有明顯改善，但電池是唯一完全不會產生這三類污染物 的替代燃料。因此盡管電池燃料受限于續航無法進行遠洋海運，但仍然在內河航運 或沿海航運進行大量試點與應用。可替代燃料的另一顯著優勢是發生泄露事故時， 對生態環境不會造成長期影響，盡管泄露污染物仍會對泄露區海洋生物產生一定危 害，但相比于柴油要小得多。 氮氧化物的排放是可替代燃料普遍面臨的問題，但氨類燃料的情況最嚴重，液氨燃 燒可能產生比常規燃料還要多的氮氧化物。必須通過技術手段進行控制，其他替代 燃料的氮氧化物排量會根據燃料與空氣的混合比例和發動機設計而變化，但整體上 低于常規燃料。硫氧化物排放可避免，顆粒物排放只需考慮甲醇。甲醇燃料發動機 顆粒物排放量因不同的發動機燃燒技術而異，但整體上排放量也會低于常規燃料。

綜合減碳效果與其他污染物的情況來看，在可以應用于遠洋海運的燃料中，液氨與 甲醇的環保性排位最高。LNG的減碳潛力即將達到瓶頸，未來氨燃料與甲醇的環保 性均強于常規燃料和LNG，成為未來接力LNG的熱門選項。這也符合當前甲醇燃料 與氨燃料得到廣泛關注的趨勢。

3.技術可行性：甲醇直追 LNG，氫、氨等技術可行性仍待提升

常規燃料的技術可行性是最強的，在可替代燃料中，生物柴油與LNG具備最高的技 術可行性，也是僅有的進入商用階段的替代燃料。生物柴油得益于與常規燃料的高 相似性，對常規燃料的基礎設施與發動機設備兼容性較強。LNG得益于近些年的快 速發展，幾個大海港已具有燃料供應的設備，LNG發動機也趨于成熟。 甲醇發展最快，是未來取代LNG的最熱門燃料。在生物柴油與LNG的減碳潛力有限 的前提下，甲醇是能夠同時兼顧減碳潛力與技術可行性的替代能源選項。它的配套 設施可由現有基礎設備與發動機改造，且得益于幾大頭部船企的投資布局，因此快 速進入試點階段。 其他可替代燃料的技術可行性暫時較差，電池動力由于短期內無法克服其能量密度 過低的問題，在海運中實現大規模應用尚不現實。液氨和液氫的發展尚且處于初級 階段，無論在基礎設施、技術成熟度還是可得性上都面臨較大的難度。

4.安全性：替代燃料面臨更高風險，仍需加大安全性投入

常規燃料比大多數的可替代燃料安全，常規燃料沒有毒性，也不需要通過高壓低溫 環境將氣體液化儲存，因此不會導致泄露窒息風險。不過作為化石燃料，仍然具備 很強的易燃易爆特性。鋰電池與生物柴油的安全性略強于常規柴油，鋰電子電池是 目前最安全的可替代燃料。電池以固態存在，因此不會存在高壓、低溫的存儲環境 限制，也不會產生泄露等問題。生物柴油閃點高比石油柴油高出70℃左右易燃易爆 性較低。LNG與甲醇的可燃與爆炸風險比柴油更低，但毒性與窒息風險限制了其安 全性，LNG燃點比柴油更高，在同等條件下更不容易被點燃。并且其重量比空氣輕,即便發生泄漏，也會立即飄散，不易發生爆炸事故。但在船艙等密閉空間由高壓儲 存，一旦發生泄漏，存在窒息風險。甲醇的可燃與爆炸風險比柴油更低，但具有一 定毒性，當泄露發生時，要防止過濃蒸汽帶來的危害。 氫類受限于其極高的爆炸風險，氫氣在空氣中的爆炸極限（體積濃度）為4%～75%， 遠遠寬泛于其他所有的替代燃料。氨類燃料主要受限于其強毒性。氨燃料對人體具 有毒性，且對部分金屬具有腐蝕性，一旦泄露，將有很高風險導致機組人員窒息。